Trong hai năm 625 và 626, Đường Cao Tổ nhiều lần tỏ ý muốn hạn chế bớt quyền lực của Lý Thế Dân, củng cố ngôi vị thái tử. Lý Thế Dân lo sợ mình sẽ dần dần mất hết quyền lực và bị Lý Kiến Thành sát hại, các thuộc hạ của Thế Dân là Phòng Huyền Linh, Đỗ Như Hối và Trưởng Tôn Vô Kị liên tục thúc giục Lý Thế Dân có hành động trước, còn Ngụy Trưng cũng khuyến nghị Lý Kiến Thành tiến công Lý Thế Dân trước. Lý Kiến Thành sai người đem thư và một xe chở vàng bạc đến chỗ Uất Trì Kính Đức, tỏ ý muốn kết thân, song Uất Trì Kính Đức từ chối. Lý Kiến Thành thuyết phục Đường Cao Tổ loại bỏ Phòng Huyền Linh và Đỗ Như Hối, cũng như Uất Trì Kính Đức và Trình Giảo Kim khỏi địa vị thuộc hạ của Lý Thế Dân. Trưởng Tôn Vô Kị không bị loại bỏ, và ông ta vẫn tiếp tục cố thuyết phục Lý Thế Dân hành động trước.

Vào mùa đông năm 626, Đông Đột Quyết lại tiến công Đường, và theo đề xuất của Lý Kiến Thành, Đường Cao Tổ đã quyết định để Lý Nguyên Cát xuất quân đi kháng cự thay thế Lý Thế Dân, Lý Nguyên Cát được quyền chỉ huy phần lớn các binh lính dưới quyền Lý Thế Dân trước đây. Lý Thế Dân hết sức lo lắng, sợ rằng với việc quyền binh nắm trong tay Lý Nguyên Cát, ông ta sẽ không thể kháng cự lại một khi bị tiến công. Lý Thế Dân đã phái Uất Trì Kính Đức bí mật đưa Phòng Huyền Linh và Đỗ Như Hối về phủ của mình, và vào một đêm, họ đã dâng tấu cáo buộc với Đường Cao Tổ rằng Lý Kiến Thành và Lý Nguyên Cát thông gian với các phi tần của Đường Cao Tổ. Đáp lại, Đường Cao Tổ đã hạ chiếu triệu Lý Kiến Thành và Lý Nguyên Cát vào triều sáng hôm sau, ngoài ra cũng triệu các lão thần Bùi Tịch, Tiêu Vũ và Trần Thúc Đạt đến để tra xét cáo buộc của Lý Thế Dân. Biết Lý Kiến Thành và Lý Nguyên Cát sẽ đi qua Huyền Vũ môn (玄武門) ở phía bắc hoàng cung, Lý Thế Dân đã phái Trưởng Tôn Vô Kỵ và Uất Trì Kính Đức dẫn theo vài trăm binh lính của Tần vương phủ phục kích. Lý Thế Dân đã đích thân bắn một mũi tên giết chết Lý Kiến Thành, còn Uất Trì Kính Đức giết chết Lý Nguyên Cát. Nghe tin Thái tử và Tề vương bị phục kích, Phùng Lập và Phùng Dực đã dẫn binh mã của Đông cung tấn công dữ dội vào Huyền Vũ môn, chỉ khi Uất Trì Kính Đức chặt thủ cấp Lý Kiến Thành và Lý Nguyên Cát để phủ dụ thì đạo binh này mới tan. Quân của Lý Thế Dân tiến vào cung, Đường Cao Tổ đứng trước sự đã rồi buộc phải lập Lý Thế Dân làm thái tử, hai tháng sau thì nhường ngôi. Cả năm con trai của Lý Kiến Thành cũng bị Lý Thế Dân giết chết.

Lý Kiến Thành thoạt đầu bị tước bỏ khỏi danh sách tông thất. Sau khi Đường Thái Tông lên ngôi đã cho táng Lý Kiến Thành theo lễ thân vương, lệnh các cựu thần Đông cung đến dự. Đường Thái Tông cũng truy phong Lý Kiến Thành là Tức Ẩn vương (息隐王), cho hoàng tử Lý Phúc (李福) của mình làm hậu tự của Lý Kiến Thành.

Năm 642, Đường Thái Tông lại truy phong Lý Kiến Thành là Ẩn thái tử (隱太子).